Схема для измерения индуктивности схема: Приставка для измерения индуктивности | Все своими руками

Простой измеритель индуктивности — приставка к цифровому мультиметру » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Практически каждый, кто увлекается электроникой, будь то начинающий, или опытный радиолюбитель, просто обязан иметь в своём арсенале приборы для измерений. Наиболее часто приходится измерять, конечно же, напряжение, ток и сопротивление. Чуть реже, в зависимости от специфики работы, — параметры транзисторов, частоту, температуру, ёмкость, индуктивность.

Сейчас в продаже имеется множество недорогих универсальных цифровых измерительных приборов, так называемых мультиметров. С их помощью можно измерять практически все вышеназванные величины. За исключением, пожалуй, индуктивности, которая очень редко встречается в составе комбинированных приборов. В основном, измеритель индуктивности — это отдельный прибор, также его можно встретить совместно с измерителем ёмкости (LC — метр).

Содержание / Contents

Обычно, измерять индуктивность приходится нечасто. В отношении себя я бы даже сказал — очень редко. Выпаял, например, с какой-нибудь платы катушку, а она без маркировки. Интересно же узнать, какая у неё индуктивность, чтобы потом где-нибудь применить.

Или сам намотал катушку, а проверить нечем. Для таких эпизодических измерений я посчитал нерациональным приобретение отдельного прибора. И вот я начал искать какую-нибудь очень простую схему измерителя индуктивности. Особых требований по точности я не предъявлял, — для любительских самоделок это не столь важно.

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

В качестве средства измерения и индикации в схеме, описанной в статье, применяется цифровой вольтметр с чувствительностью 200 мВ, который продаётся в виде готового модуля. Я же решил использовать для этой цели обычный цифровой мультиметр UNI-T M838 на пределе измерения 200 мВ постоянного напряжения. Соответственно, схема упрощается, и в итоге приобретает вид приставки к мультиметру.

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Я не буду повторять описание работы схемы, всё вы можете прочитать в оригинальной статье (архив внизу). Скажу только немного о калибровке.

В статье рекомендуется следующий способ калибровки (для примера первого диапазона).
Подключаем катушку с индуктивностью 100 мкГ, движком подстроечного резистора P1 устанавливаем на дисплее число 100,0. Затем подключаем катушку с индуктивностью 15 мкГ и тем же подстроечником добиваемся индикации числа 15 с точностью 5%.

Аналогично — в остальных диапазонах. Естественно, что для калибровки нужны точные индуктивности, либо образцовый прибор, которым необходимо измерить имеющиеся у вас индуктивности. У меня, к сожалению, с этим были проблемы, так что нормально откалибровать не получилось. В наличии у меня есть десятка два катушек, выпаянных из разных плат, большинство из них без какой-либо маркировки.

Их я измерил на работе прибором (совсем не образцовым) и записал на кусочках бумажного скотча, которые прилепил к катушкам. Но тут ещё проблема и в том, что у любого прибора тоже есть какая-то своя погрешность.

Есть ещё один вариант: можно использовать программу LIMP, хорошо описанную на Датагоре. Из деталей нужен всего один резистор, два штеккера и два зажима. Также нужно научиться пользоваться данной программой, как пишет автор, измерения «требуют определённой работы мозга и рук». Хотя точность измерений здесь тоже «радиолюбительская», у меня получились вполне сравнимые результаты.

Плату разработал в Sprint Layout, берите в разделе файлов. Размеры получились небольшие. Подстроечные резисторы применил б/у, отечественные. Переключатель диапазонов на три положения — от какой-то старой импортной магнитолы. Можно, конечно, применить другие типы, просто подкорректируйте файл печатной платы под свои детали.

Провода к «бананам» и «крокодилам» берём покороче, чтобы уменьшить вклад их индуктивности при измерениях. Концы проводов припаиваем непосредственно к плате (без разъёмов), и в этом месте фиксируем каплей термоклея.Корпус можно изготовить из любого подходящего материала. Я применил для корпуса кусок пластикового монтажного короба 40×40 из отходов. Подогнал под размеры платы длину и высоту короба, получились габариты 67×40×20.

Сгибы в нужных местах делаем так. Нагреваем феном место сгиба до такой температуры, чтобы пластик размягчился, но ещё не плавился. Затем быстро прикладываем к заранее подготовленной поверхности прямоугольной формы, сгибаем под прямым углом и так держим до тех пор, пока пластик не остынет. Для быстрого остывания лучше прикладывать к металлической поверхности.

Чтобы не получить ожогов, используйте рукавицы или перчатки. Сначала рекомендую потренироваться на небольшом отдельном куске короба.

Затем в нужных местах делаем отверстия. Пластик очень легко обрабатывается, так что на изготовление корпуса уходит мало времени. Крышку я зафиксировал маленькими шурупами.
На принтере распечатал наклейку, сверху заламинировал скотчем и приклеил к крышке двусторонней «самоклейкой».

Измерения производятся просто и быстро. Для этого подключаем мультиметр, устанавливаем на нём переключателем DC 200 mV, подаём питание около 15 Вольт на измеритель (можно нестабилизированное — стабилизатор есть на плате), крокодилами цепляемся за выводы катушки. Переключателем диапазонов L-метра выбираем нужный предел измерений.
Первый диапазон
Второй диапазон
Третий диапазон
С помощью программы LIMP
Второй диапазон
Третий диапазон
С помощью программы LIMP
Другим прибором

Этот прибор у меня появился уже после изготовления L-метра. Точность этого прибора 0,01 мГ, им хорошо измерять большие индуктивности. А данным измерителем — малые, так как на больших пределах у него возрастает погрешность. В итоге я нашёл компромисс и остался доволен.

Достоинства схемы: простота, доступные и недорогие детали, малые размеры, быстрота измерений.

Недостатки схемы: нужны дополнительно мультиметр и внешний блок питания, несколько сложная и непонятная калибровка (особенно, когда нечем калибровать), невысокая точность измерений, маловат верхний предел.

Я считаю, что этот простой измеритель индуктивности может быть полезен начинающим радиолюбителям, а также тем, у кого не хватает средств на покупку дорогостоящего прибора.

Применение данного измерителя оправдано в тех случаях, когда к точности измерений абсолютных значений индуктивности не предъявляется строгих требований.

Измеритель может, например, пригодиться для контроля индуктивности обмоток при намотке дросселей сетевых фильтров, подавляющих синфазные помехи. При этом важна идентичность двух обмоток дросселя, чтобы не допустить насыщение сердечника.

1. Статья. В помощь радиолюбителю. Выпуск 10. Информационный обзор для радиолюбителей / Сост. М.В. Адаменко. — М.: НТ Пресс, 2006. — С. 8.

2. Первоисточник: Jednoduchэ mйř ič indukč nosti // Konstrukč nн elektronika A Radio. — 2002. — №1. — S. 5.

3. Полезная программа, статья с Датагора: LIMP — программный измеритель RCL

В архиве статья из книги, схема и печатка.
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Виталий (Vitaliy75)

Украина, Белая Церковь

Увлечения: музыка, электрогитара, и всё, что с этим связано — усилители, приставки и др. звуковое оборудование.

Измерение ёмкости и индуктивности — amperus.jimdo.com

Измеритель ёмкости электролитических конденсаторов и ESR.

 Измеритель ёмкости собран на транзисторе КТ829Г (составной транзистор с большим коэффициентом усиления). Подаём на вход сигнал нужной частоты с генератора-делителя (нужный
диапазон измерений указан на схеме рис.1) и устанавливаем стрелку прибора на «0» (конечное деление шкалы). Необходимый для работы уровень входного сигнала устанавливаем подбором номинала R1.
Составной транзистор можно заменить узлом из двух транзисторов (рис.5). Питание +1,2 … +1,8 V подаём с низковольтного стабилизатора по схеме рис. 6. Здесь три кремниевых диода используются в
качестве низковольтного стабилитрона (примерно на 1,5 V).

Для измерения ESR конденсаторов служит схема генератора на МС типа К561ЛА7 (ЛЕ5). Она выдаёт сигнал с частотой 80 … 120 кГц, который подаётся на испытуемый конденсатор через обмотку
трансформатора (намотан на ферритовом кольце диаметром 10 — 20 мм, феррит любой марки). Возможно, потребуется подбор числа первичной обмотки, пэтому сеачала следует намотать
вторичную (200 витков), а первичную уже поверх неё. Здесь также следует использовать германиевые диоды, VD3, VD4 могут быть любые кремниевые, они нужны для ограничения возможных бросков
напряжения при подключении неразряженных конденсаторов. При настройке подключаем к клеммам «ESR» и «Общ.» сопротивления на 0,1, 0,2, 0,5 , 1 и т.д. Ом и делаем градуировку шкалы. Пределы
измерений можно регулировать резистором R5.

Питание узла измерения ESR может быть в пределах 3 … 15 V (зависит ои типа применённой МС генератора).

Провода к измерительным клеммам должны быть как можно короче и большого сечения (чтобы их сопротивление было минимальным и не влияло сильно на точность измерений). Измерять ёмкости и ESR
конденсаторов этой схемой можно без выпайки их из плат, что удобно для проверки годности конденсаторов при их большом количестве. Причём полярность подключения конденсаторов к измерительным
клеммам не имеет значения.

ПРИСТАВКА К ЧАСТОТОМЕРУ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНДУКТИВНОСТИ

Первое пришествие данного измерительного генератора в сферу моего радиолюбительского интереса состоялось под названием «Генератор для катушек». Было необходимо в процессе изготовления настроить поисковую катушку металлодетектора «Tesoro Eldorado» вот модератор с сайта по изготовлению МД и предложил форуму панацею в его «лице», не дав, правда, подробного руководства по сборке, но заверив в повторяемости схемы.

Принципиальная схема

Скачать для увеличения

Для производства замеров подключаться данный генератор должен был к частотомеру. Сложной схему не назовёт даже начинающий любитель электроники, поэтому все дружно приступили к сборке, но тогда собрать удалось единицам причём из числа продвинутых. Меняли транзисторы, номиналы резисторов и конденсаторов, но всё как-то без результата. Повторяться схема не желала. Предложивший схему упирал на то, что повторяющими не достаточно точно подбирается номинал электронных компонентов.

Когда появился вариант печатной платы частично на СМД компонентах, которые как известно не сложно приобрести и с 1% допуском по точности номинала — не устоял перед искушением. Собранная схема сразу не заработала, а вот когда начал менять транзисторы беря в расчёт коэффициент усиления в сторону увеличения, ставить неполярные конденсаторы из числа термостабильных, да посоветовали на выходе подстроечник 1 кОм для регулировки уровня выходного переменного напряжения, что-то сдвинулось с мёртвой точки, но окончательного положительного результата не получил. Сила выходного сигнала была мала, виртуальный частотомер компьютера выдавал не стабильные показания. На том тогда всё и закончилось.

А не так давно увидел знакомую схему в несколько иной интерпретации, с подробнейшим описанием сборки и настройки, под названием «Приставка для измерения индуктивности». Сразу стало понятно, что её предыдущий вариант это неудачная кастрация схемы. Необходимость замера индуктивности поисковой катушки для собранного металлодетектора К-158 (вариант всем известного «Пирата») врасплох не застала.

Учитывая предыдущий опыт, сразу доработал предложенную печатную плату под свои электронные компоненты, по сути же, схема осталась неизменной. Постоянный резистор R8 номиналом 270 Ом заменил на подстроечный 5 кОм (для установления нужной величины выходного переменного напряжения в интервале от 0 до более чем 5 вольт), резистор R9 и конденсатор С7 установил как в схеме, а не как на предложенной печатной плате.

В целом сборка данного варианта хлопот не доставила, ибо основные рекомендации сборки и настройки были теперь известны: 

• транзисторы VT 1 и 2 исключительно КТ326Б, VT3 лучше КТ3107Г с коэффициентом усиления более 50, а VT4 нужен КТ3102В с к/усиления исключительно более 150, VT5 также КТ3102В с к/усиления более 50
• конденсатор С1 набирается из трёх (меньше не получится) общей ёмкостью строго 25330 пикофарад. Допуск отклонения желателен менее 0,5%, от этого зависит точность измеряемой индуктивности. Все конденсаторы должны быть с хорошим ТКЕ (термостабильные – то есть их ёмкость должна как можно меньше зависеть от изменения температуры их корпуса)
• после подачи напряжения 12 В, не подключая катушки к разъему Х1 замерить напряжение на эмиттере VT5 которое должно быть равным половине питающего, если отклонение большое, подобрать резистора R4. Ток потребления будет в пределах к 20 мА — на выходе должно быть переменное напряжение необходимое для производства измерения имеющимся частотомером, например для китайского частотомера-конструктора оно составляет 2 вольта (или чуть более). Его уровень устанавливается подстроечным резистором R8.

Подключение катушки производится как можно ближе к виткам намотки, (минуя соединительный кабель), соединительные провода приставки не более 30 мм. Показатель частотомера в килогерцах. Величина на фото проходная, в результате всех манипуляций с катушкой (отмотки – домотки) она была получена в размере 71,626 Гц.

Результат замера обрабатывается в программке (программа в архиве, лист №10) – данные заносятся в разделе «Основной расчёт» в графе «Исходные данные», далее щелчок курсором вне основных полей программы и получаем результат – индуктивность составляет 195 мкГн. Первый расчёт нужно начать с заполнения раздела «Вспомогательный расчёт», для этого потребуется подключение параллельно поисковой катушке конденсатора ёмкостью более 1000 пФ (лучше 4500 пФ) фактический номинал которого известен с абсолютной точностью. 

Универсальный LC генератор — схема

Собранной приставкой остался доволен, когда разберешься во всех, кажущихся на первый взгляд, хитросплетениях  всё просто. Однако уже захотелось иметь более мобильный вариант измерителя индуктивности, без всяких там вычислений. Заказал на AliExpress электронный конструктор – прибор с функцией измерения индуктивности (да и много чего вообще и всего-то за 600р). Ну а пока он до меня добирается, решил посмотреть в интернете приставку для мультиметра. И вот самым неожиданным образом нашёл схему под названием «Универсальный LC генератор», которая как выяснилась, была предшественницей предыдущих схем. Рекомендуемое напряжение питания к этой схеме указано 5 вольт, во время съёмки видеодемонстрации работы приставки попробовал запитать этим напряжением уже собранную но, к сожалению, не получилось, не помог даже подстроечный резистор регулировки (возможно его номинал необходим более 5 вольт), однако от напряжения в 10 вольт устройство работало нормально. 

Видео

Кому интересно – вся подборка материалов по всем трём схемам в архиве. Автор Babay iz Barnaula

   Форум по измерительным приборам

   Обсудить статью ПРИСТАВКА К ЧАСТОТОМЕРУ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНДУКТИВНОСТИ

Приставка для измерения индуктивности и ее применение в практике радиолюбителя

Предлагаемая приставка к частотомеру для определения расчетным путем индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения для катушек на малогабаритных кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить  с достаточной для практики точностью начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа.

Для многих начинающих радиолюбителей изготовление и оценка индуктивности катушек, дросселей, трансформаторов становится «камнем преткновения». Промышленные измерители малодоступны, самодельные законченные конструкции, как правило, сложны в повторении и при их настройке необходимы промышленные приборы. Поэтому особой популярностью пользуются простые приставки к частотомеру или осциллографу.

Описания и схемы подобных устройств были опубликованы в периодической литературе [1, 2]. Они просты в повторении, удобны в применении. Но сведения в статьях в части заявленных погрешностей и пределов измерения нередко приводят к ошибочным выводам и искаженным результатам. Так в [1] указано, что приставка позволяет измерить индуктивность более 0,1 мкГн, а погрешность измерения зависит от подбора конденсатора, который в авторской конструкции имеет допустимое отклонение номинальной емкости не более ±1 %. И это при том, что на указанных на схеме транзисторах устойчивая генерация начинается с индуктивностью колебательного контура 0,15…0,2 мкГн (желающие легко могут проверить), а собственная индуктивность выводов от платы до разъема 30 мм оказывается равной  0,1…0,14 мкГн. В другой статье [2] указывается погрешность до 1,5 % от верхнего предела (кстати, обратите внимание, нижний предел 0,5 мкГн с погрешностью 0,9 мкГн ― и это верно, иными словами измерение таких величин носит оценочный характер) как для маленьких, так и больших значений индуктивности, без учета собственной емкости катушек. А такая емкость может достигать соизмеримой с контурной величины и вносить дополнительную погрешность до 10…20 %.

В этой статье сделана попытка в какой-то мере восполнить отмеченный пробел и показать методы оценки погрешности измерений и способы применения действительно простой и полезной конструкции в лаборатории каждого радиолюбителя.

Предлагаемая приставка к частотомеру предназначена для оценки и измерения с достаточной для практики точностью индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн. Она отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения индуктивности на  малогабаритных  кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа. Такую возможность оценят те, кому часто приходится заниматься ремонтом и настройкой аппаратуры при отсутствии схем и описаний.

Для  работы  с  приставкой  подходят  любые  самодельные  или промышленные  частотомеры,  позволяющие  измерять  частоту  до  3 МГц   с точностью  не  менее  3х  знаков.  Если  нет  частотомера,   подойдет   и осциллограф.   Точность  измерения  временных параметров   у  последних,  как правило,   порядка  7…10%, что и определит  погрешность измерения индуктивности.

В интервале значений индуктивности 0,2…0,5 мкГн погрешность измерения не превышает 50 %,  в зависимости от точности учета “паразитной” индуктивности приставки. Погрешность измерения в интервале 0,5…5 мкГн уменьшается до 5…20 % в связи с тем же ограничением. Индуктивность более 5 мкГн ― вплоть до 20 мГн возможно измерить с наименьшей погрешностью, не превышающей 2 %. В интервале значений 20…200 мГн погрешность не более 5 %, если собственная емкость собственная емкость катушки менее 1000 пФ. Для индуктивности более 0,2 Гн из-за влияния активного сопротивления катушки погрешность измерения может возрасти до 5…20 %, а выше 1 Гн ― даже  до 20…50 %. Ток, потребляемый приставкой при напряжении питания в интервале значений 5…15 В, не более 22 мА. Для определения собственной “паразитной” емкости катушки следует использовать  эталонный  конденсатор  по  методу,  описанному  ниже.

Принцип измерения индуктивности [2] основан на известном соотношении, связующим параметры элементов колебательного контура с частотой его резонанса (формула Томсона)

Здесь и далее во всех формулах частота указана в мегагерцах, емкость ― в пикофарадах, индуктивность ― в микрогенри.

При емкости контура Ск = 25330 пФ, формула упрощается

, где Т ― период в микросекундах.

В приставке (ее схема показана на рис. 1) используется генератор с эмиттерной связью в

двухкаскадном усилителе, частота гармонических колебаний которого определяется емкостью конденсатора С1 и измеряемой индуктивностью Lx, подключаемой к пружинным зажимам Х1. Так как используется непосредственное соединение базы транзистора VT1 с коллектором VT2, то коэффициент петлевого усиления генератора высок, что обеспечивает устойчивую генерацию при изменении соотношения L/C в широком диапазоне. Коэффициент петлевого усиления пропорционален крутизне используемых транзисторов и может эффективно регулироваться  изменением тока эмиттеров, для чего используется  выпрямитель на диодах VD1, VD2 и управляющий транзистор VT3. Введение усилителя на транзисторе VT4 с КU= 8…9 позволило снизить амплитуду напряжения на контуре до уровня 80…90 мВ при выходной амплитуде 0,7 В. Эмиттерный повторитель обеспечивает работу на низкоомную нагрузку.

Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в интервале 5…15 В, при этом вариации уровня выходного напряжения не превышают 20 %, а уход частоты F= 168,5 кГц (с катушкой высокой добротности, намотанной на сердечнике 50ВЧ при индуктивности L= 35 мкГн) не более 40 Гц!

В конструкции можно использовать в позициях VT1, VT2 транзисторы КТ361Б, КТ361Г, КТ 3107 с любым буквенным индексом, хотя несколько лучшие результаты достигаются с КТ326Б, КТ363; в позиции VT3 ― кремниевые транзисторы структуры р-n-р, например, КТ209В, КТ361Б, КТ361Г, КТ3107 с любым буквенным индексом. Для буферного усилителя (VT4, VT5) пригодно большинство высокочастотных транзисторов. Параметр h31Э для транзистора VT4 ― более 150, для остальных не менее 50.

Диоды VD, VD2 ― любые высокочастотные кремниевые, например, серий КД503, КД509, КД521, КД522.

Резисторы ― МЛТ-0,125 или аналогичные. Конденсаторы, кроме С1, ― малогабаритные соответственно керамические и электролитические, допустим разброс 1,5…2 раза.

Конденсатор С1 емкостью 25330 пФ определяет точность измерения, поэтому ее значение желательно подобрать с отклонением не более ±1 % (можно составить из нескольких термостабильных конденсаторов, например 10000+10000+5100+ 220пФ из группы КСО, К31. Если нет возможности точно подобрать емкость, можно воспользоваться описанной ниже методикой.

В качестве разъема Х1 удобно использовать пружинящие зажимы для «акустических» кабелей. Разъем Х3 для соединения с частотомером ― СР–50-73Ф.

Детали монтируют на печатной плате (рис. 2) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Чертёж печатной платы в формате lay разработки П.Семина можно скачать здесь

Допустимо использовать навесной монтаж. В качестве корпуса для приставки можно применить любой подходящий по размерам коробок  из любого материала. Разместить разъем Х1 необходимо так, чтобы обеспечить минимальную длину  соединяющих его с платой проводников. На фото, для примера, показан аккуратно выполненная конструкция от Павла Семина.  

После проверки правильности монтажа следует подать питание напряжением 12 В, не подключая катушки к разъему Х1. Напряжение на эмиттере VT5 должно быть примерно равным половине питающего напряжения; если отклонение больше, потребуется подбор резистора R4. Ток потребления окажется близким к 20 мА. Присоедините  к  разъему  Х1  катушку  Lx  индуктивностью  в  пределах десятков―сотен микрогенри (точное значение некритично), а к разъему Х3 ― осциллограф или высокочастотный вольтметр. На выходе приставки должно быть переменное напряжение 0,45…0,5 В эфф (амплитудное значение 0,65…0,7 В). При необходимости его уровень можно установить в диапазоне 0,25…0,7 Вэфф подбором  резистора R8.

Теперь можно приступить к калибровке приставки, подключив ее к частотомеру.

Это можно сделать несколькими  методами.

Если  есть  возможность  измерить с точностью  не хуже 1 %  катушку  на незамкнутом магнитопроводе  с  индуктивностью  порядка   десятков-сотен  мкГ , то используя ее как образцовую, подберите емкость конденсаторов С1  так, чтобы показания  приставки совпали с требуемым значением.

Во втором случае понадобится один термостабильный эталонный конденсатор, емкость которого не менее 1000 пФ и известна с высокой точностью. В крайнем случае, если нет возможности точно измерить емкость, можно применить конденсаторы КСО, К31 с допуском ±2―5 %, смирившись с вероятным увеличением погрешности. Автор использовал конденсатор К31-17 с номинальной емкостью 5970 пФ ±0,5 %.   Сначала по частотомеру фиксируем частоту F1 для катушки Lx без дополнительного внешнего конденсатора. Затем присоединяем параллельно катушке эталонный конденсатор Cэт и фиксируем частоту F2. Теперь можем определить реальную входную емкость собранной приставки и индуктивность катушки Lx по формулам

Чтобы можно было пользоваться приведенными в начале статьи упрощенными формулами, нужно подбором группы конденсаторов С1 установить емкость Свх равной 25330±250 пФ. После окончательной корректировки емкости конденсаторов С1 сделайте контрольный замер по приведенной выше методике, чтобы убедиться, что емкость С_вх соответствует требуемой.Вручную делать многократные пересчеты долго, поэтому автор пользуется удачной программой расчетов MIX10, разработанной А. Беспальчиком.

После этого приставка готова к работе. Попробуем оценить ее возможности; для этого проведем несколько опытов.

1. При измерении малых значений индуктивности большую погрешность вносит собственная индуктивность приставки, состоящая из индуктивности проводников, соединяющих разъем Х1 с платой, и индуктивности монтажа. Попробуем ее измерить. Сначала замкнем контакты разъема Х1 прямым коротким проводником. Скрученные провода, идущие к разъему Х1 длиной 30 мм, и перемычка длиной 30 мм образуют один виток катушки. Если в генераторе транзисторы КТ326Б, колебания возникают только при ударном возбуждении контура путем периодичного включения питания; при этом частота F1 = 2,675…2,73 МГц, что соответствует индуктивности 0,14 мкГн (с транзисторами КТ3107Б генерация совсем не возникает). Теперь сделаем из провода диаметром 0,5 мм кольцо диаметром 3 с расчетной индуктивностью [3] около 0,08 мкГн и подключим к Х1. Для генератора на транзисторах КТ326Б частотомер показал значение 2,310 МГц, что соответствует индуктивности 0,19 мкГн. Вариант на транзисторах КТ3107Б генерировал только при ударном возбуждении контура. Таким образом, собственная индуктивность приставки оказалась в пределах 0,1…0,14 мкГн.

Выводы: высокая точность измерений обеспечивается для индуктивности более 5 мкГн. При значениях в интервале 0,5… 5 мкГн надо учитывать собственную индуктивность 0,1…0,14 мкГн. При  индуктивности менее 0,5 мкГн измерения носят оценочный характер. Уверенно регистрируемая минимальное значение индуктивности 0,2 мкГн.

2. Измерение неизвестной индуктивности. Допустим, для нее частота F1= 0,16803 МГц, что по упрощенной формуле расчета индуктивности дает 35,42 мкГн.

При проверке с эталонным конденсатором частота F2 = 0.15129 МГц соответствует индуктивности 35,09 мкГн. Погрешность ― менее 1 %.

3. Используя измеренную индуктивность в качестве образцовой, можно оценить входную емкость генератора. Емкость контура состоит из емкости группы конденсаторов С1 и емкости Сген, состоящей из суммы емкости монтажа и емкости, вносимой транзисторами VT1, VT2, т. е. Свх= С1+С_ген.

Чтобы определить величину С_ген, отключаем конденсаторы С1 и измеряем с используемой индуктивностью частоту F3. Теперь Сген можно рассчитать по формуле

В авторском варианте приставки с транзисторами КТ3107Б емкость Сген равна 85 пФ, а с транзисторами КТ326Б ― З9 пФ. По сравнению с требуемым значением 25330 пФ это меньше 0,4 %, что позволяет применять практически любые высокочастотные транзисторы без заметного влияния на точность измерения..

4. Благодаря большой собственной емкости приставки, при измерении индуктивности до 0,1 Гн погрешность, вносимая собственной емкостью катушек, несущественна. Так при измерении индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора от транзисторных приемников получилось значение L = 105,6 мГн. При дополнении колебательного контура эталонным конденсатором 5970 пФ получилось другое значение ― L=102 мГн, а собственная емкость обмотки Стр= Сизм– С1 = 25822 – 25330 = 392 пФ.
5. Амплитуда на измерительном колебательном контуре величиной 70…80 мВ оказывается меньше порога открывания кремниевых p-n переходов, что позволяет во многих случаях измерять индуктивность катушек и трансформаторов прямо в схеме (естественно, обесточенной). Благодаря большой собственной емкости приставки (25330 пФ), если емкость в измеряемой цепи не более 1200 пФ, погрешность измерения не превысит 5 %.

Так при измерении индуктивности катушки контура ПЧ (емкость контура не более 1000 пФ) непосредственно на плате транзисторного приемника получено значение 92,1 мкГн. При измерении индуктивности катушки, выпаянной из платы, расчетное значение оказалось меньше ― 88,7мкГн (погрешность менее 4 %).

Для подключения к катушкам индуктивности, размещенных на платах, автор использует щупы с соединительными проводами длиной 30 см, скрученных с шагом одна скрутка на сантиметр. Ими вносится дополнительная индуктивность 0,5…0,6 мкГн ― это важно знать при измерении малых величин,  для оценки ее достаточно замкнуть щупы  между  собой.

В заключение еще несколько полезных советов.

Определить магнитную проницаемость кольцевого магнитопровода без маркировки можно по следующей методике. Намотать 10 витков провода, равномерно распределив его по кольцу, и измерить индуктивность обмотки, а полученное значение индуктивности подставить в формулу:

В практических расчетах удобно пользоваться упрощенной формулой для расчета числа витков на кольцевых магнитопроводах [4]

Значения коэффициента k для ряда широкораспространенных кольцевых магнитопроводов по данным В. Т. Полякова приведены в табл. 1.

Таблица 1

Для широко распространенных броневых магнитопроводов из карбонильного железа [5] индуктивность удобнее рассчитывать в микрогенри, поэтому введем коэффициент m, и формула соответственно изменится: 

Некоторые значения для распространенных броневых магнитопроводов приведены в табл. 2.

Составить подобную таблицу для имеющихся у вас кольцевых и броневых магнитопроводов, воспользовавшись предлагаемой приставкой, не составит большого труда.

ЛИТЕРАТУРА

1.Гайдук П. Частотомер измеряет индуктивность. ― Радиолюбитель, 1996, № 6, с. 30.

2. L-метр с линейной шкалой. ― Радио, 1984, № 5, с. 58, 61.
3. Поляков В. Катушки индуктивности. ― Радио, 2003, № 1, с. 53.
4. Поляков В. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. ― М.: Патриот, 1990, с. 137, 138.
5. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя. /Терещук Р. М. и др./ ― Киев: Наукова думка, 1987, с. 104.

 С.Беленецкий, US5MSQ                  Луганск   Украина                 Радио, 2005, №5, с.26-28

Обсудить статью, высказать свое мнение и предложения можно на форуме

ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНДУКТИВНОСТИ

   Эта схема измерителя индуктивности построена с использованием микросхемы 74HC14. Измерителем тут будет стрелочный индикатор. Схема, при всей своей простоте, действительно работает замечательно. Измеритель индуктивности откалиброван в нашем случае для 0-100 мкГн, так как это наиболее популярный диапазон.

Принципиальная схема индуктометра на 74HC14

   Аналоговый метод измерения ограничивает его точность, но при самостоятельной намотке катушек для различных радиосхем его хватает.

Принцип действия индуктометра

   Принцип работы схемы заключается в том, что если вы генерируете импульсы постоянной частоты и амплитуды, а затем передаёте сигнал через низкочастотный фильтр, в результате чего напряжение постоянного тока будет пропорционально индуктивности.

   Частота импульса устанавливается генератором на триггерах Шмидта и состоит из сопротивления обратной связи (2k потенциометр и 3.9k постоянный резистор). 1000 пФ конденсатора на землю, и элементами триггера Шмидта. Ширина импульса пропорциональна индуктивности и обратно пропорциональна сопротивлению. Эта схема подойдёт только для широкополосных катушек. Индуктивности с железными или ферритовыми сердечниками, в следствии высокой проницаемости ферритов, не могут быть точно измерены. Схема вполне линейна, вы можете убедиться в этом, взглянув на график:

   Схема подключается к вольтметру с милливольтным измерением, имеющим высокое входное сопротивление, так как устройство не имеет буфера на выходе. Для упрощения конструкции измерителя индуктивности, можно собрать его на металлизированной стороне макетной плате. Все соединения, в том числе земляные соединения, должны быть короткие. Провод будет добавлять значение к измеряемой индуктивности, так что держите его предельно коротким.

Калибровка измерителя индуктивности

   Процедура настройки проста: подключите аккумулятор и цифровой вольтметр, подключите известную катушку или дроссель, а затем отрегулируйте потенциометр, пока не получите нужного значения на шкале. Например, используйте 1 мкГн индуктивность и отрегулируйте потенциометр так, чтобы получить 100 мВ на милливольтметре. На фото — измерение 33 мкГн промышленного дросселя.

   Генератор с указанными значениями радиоэлементов работает на частоте 173 КГц. Если у вас существенно отличные частоты, попробуйте изменить частоту генератора вышеуказанными компонентами.

Измерение индуктивности и емкости с помощью мультиметра и компьютера — Меандр — занимательная электроника

Сегодня на рынке много сравнительно дешевых цифровых мультиметров измеряющих сопротивления в широких пределах и емкости конденсаторов до 20 мкФ и более. Однако приборы, измеряющие индуктивности сравнительно дороги, да и нужны они не каждый день.

Электрику-ремонтнику довольно частот приходится измерять индуктивность катушек реле, обмоток трансформаторов и т. п. для определения их исправности. При этом самостоятельное изготовление прибора или приставки для измерения индуктивности затрудняется том, что для него требуется источника питания и частотомер для настройки генератора. Надо отметить, что в таких приборах (приставках) предлагаемых в различных источниках стабильность частоты и амплитуды генератора не высока. Отсюда и точность измерений также не высока.

Предлагается предельно простой прибор на базе компьютера и цифрового вольтметра позволяющий измерять индуктивности от 10 мкГн до 1 Гн и емкости от 10 пФ до 1 мкФ с достаточно высокой точностью, которая определяется точностью вольтметра.

Как известно, импеданс индуктивности описывается формулой:

Z_L = 2πf L .

Перепишем формулу следующим образом:

Z_L = kL где k = 2πf — коэффициент пропорцио­нальности.

Для упрощения процесса измерения, рассчитаем f таким образом чтобы k равнялся ровно 100000:

f = к/2π = 100000/6,2831853 = 15915,4943 Гц.

Как видим, для k = 10000 необходима частота 1591,5 Гц, а для k = 1000 — 159,15 Гц.

Принцип работы измерителя индуктивностей показан на рис.1, а на рис.2 — измерителя емкости. В обоих случаях компьютер (точнее его зву­ковая карта) выступает в качестве генератора высокостабильного по частоте и напряжению тестового сигнала, а мультиметр — в качестве вольтметра переменного тока.

Рис. 1

Если сопротивление источника сигнала превышает сопротивление нагрузки в 10 раз и более можно считать что данный источник сигнала является источником тока. Для выполнения этого условия, комплексное сопротивление измеряемой индуктивности не должно превышать 1/10 резистора R1.

Рис. 2

Выходное напряжение генератора должно быть равно 1 В (действующее значение), при этом напряжение на измеряемой индуктивности не должно превышать 100 мВ.

Милливольтметр U2 используется на пределе 100 мВ. В качестве источника сигнала используется звуковая карта компьютера (ноутбука). При этом, в качестве тестовых сигналов используются wav-файлы записанные с помощью аудиоредактора (например, GoldWav) с уровнем 0 дБ. Выходное напряжение звуковой карты как правило несколько больше 1 В. Требуемое напряжение выставляют регулятором громкости. Если оно все же меньше 1 В (что может быть в некоторых ноутбуках), то придется использовать поправочный коэффициент, что вносит некоторые неудобства при измерениях. Предположим выходное напряжение звуковой карты равно 0,91 В. В этом случае поправочный коэффициент равен k = 1/0,91 = 1,1.

Упрощенный вариант прибора показан на рис.З, на котором включенный как вольтметр цифровой мультиметр с автоматическим переключением диапазонов показан как стрелочный прибор.

Рис. 3

Пределы измерения с помощью этого прибора сведены в таблицу.

Для оперативного переключения резисторов можно использовать переключатель на 3 положения. Пределы измерения можно расширить если дополнительно использовать резисторы 100 кОм и 1 МОм.

При показаниях вольтметра меньше 10 мВ и больше 100 мВ для повышения точности измерений следует перейти на другой диапазон. Это может быть сделано двумя способами: изменением частоты и переключением номинала резистора.

Если при измерении индуктивности напряжение на проверяемой индуктивности больше 100 мВ, то необходимо увеличить резистор или снизить частоту сигнала и наоборот при напряжении менее 10 мВ.

Если при измерении емкости показания прибора больше 100 мВ, то необходимо уменьшить резистор или повысить частоту и наоборот при напряжении менее 10 мВ.

Конструкция упрощенного измерителя

Для его изготовления понадобится кабель с разъемом minijack, например, от вышедших из строя телефонов плеера. Если требуется измеритель индуктивности в пределах 0,1… 100 мГн то можно обойтись всего одним резистором 1 кОм и тремя файлами указанных выше сигналов.

На рис.4 показан такой измеритель с двумя резисторами типа СМД номиналами 1 кОм и 10 кОм, при этом пределы измерения расширяются на порядок.

Рис. 4

Автор: Александр Петров, г. Могилев

Прибор для проверки катушек индуктивности

Всем доброго времени суток. Предлагаю вашему вниманию свой вариант изготовления довольно распространённой (судя по ее повторению и описаниям в интернете) и простой конструкции устройства для проверки обмоток трансформаторов, дросселей, электродвигателей, реле и других катушек индуктивностью от 200 мкГн до 2 Гн. Схема и подробное описание принципа ее работы были опубликованы в журнале «Радио» №7 за 1990г., стр. 68-69, автор И. Паздников.

Идея была собрать данное устройство из имевшихся после разборки разного электронного хлама деталей. Сделать приборчик относительно компактным и удобным в эксплуатации. Для возможности быстрого повторения конструкции, в качестве корпуса использовать дешёвое стандартное изделие из магазина.

Данным приборчиком можно определять целостность или разрыв обмоток, межвитковые замыкания катушек, исправность p-n переходов кремниевых полупроводников.

В данной конструкции использовано:
— Коробка соединительная 75х75х30мм «HEGEL».
— Монтажный провод.
— Фольгированный стеклотекстолит 68х68мм.
— Винты М3.
— Стойки для плат 10мм.
— Радиодетали согласно схеме.

Из инструментов использовалось:
— Дрель.
— Паяльник.
— Термо-клеевой пистолет.
— Отвертка, кусачки и т.д.

В схеме И. Паздникова некоторые детали были заменены на имевшиеся у меня в наличии. Добавлен резистор плавной подстройки. С целью экономии батареи лампочка заменена на светодиод. Для удобства проверки и настройки выведены дополнительные контакты на питание. Которые при необходимости можно вывести на разъем, для подключения сетевого адаптера (если отсутствует батарейка).

 
Принципиальная схема устройства, согласно использованных деталей.

Печатная плата изготовлена под корпус соединительной коробки, из стеклотекстолита 68х68мм. Сверловка под ножки транзисторов сделана симметричной, что позволяет беспроблемно устанавливать транзисторы как в корпусах КТ-13 так и ТО-92 (КТ-26). Светодиод установлен на пластиковой опоре. Разводка платы представлена со стороны радиодеталей.

На нижней части корпуса соединительной коробки установлены монтажные стойки. В верхней части вырезаны соответствующие отверстия (по трафарету печатной платы). Заводские крепежные отверстия залиты термоклеем.

Для защиты от пыли и мусора на бегунок переключателя наклеена «юбка», вырезанная из тонкого пластика.

Для удобства сборки конструкции переменные резисторы подключаются с помощью разъема. Для возможности простой замены, провода щупов подсоединяются через клемник.

Шкалы регулировки рассчитаны на импортные переменные резисторы с углом поворота вала 300 градусов.

Для щупов использован разноцветный монтажный провод, длинной около 30см и зажимы типа «крокодил».

Получившийся приборчик испытывался на имевшихся в наличии трансформаторах, диодах, транзисторах, дросселях, статорах и якоре электродвигателя. Для простоты использованной схемы он показал довольно неплохой результат.

 
Описание результатов проведенных испытаний данной «игрушки».

«Крокодилы» разомкнуты – светодиод не горит, вне зависимости от положения регуляторов.
«Крокодилы» замкнуты – светодиод постоянно горит, вне зависимости от положения регуляторов.

При подключении к обмотке статора подбирается положение регуляторов самое близкое к переходу от постоянного горения светодиода к началу его мигания (начало запуска генерации). При замыкании дополнительного витка на статоре, светодиод постоянно горит, показывая межвитковое замыкание (срыв генерации). При сильном уменьшении сопротивления R1 мигание светодиода может возобновляться, но с меньшей частотой.

Поэтому удобно сравнивать состояние обмоток между собой или по образцу при одинаковом положении регуляторов.

При проверке якоря щупы подключались непосредственно к щеткам коллектора. Далее выставляется режим начала мигания светодиода. Якорь проворачивается на полный оборот. Если мигание светодиода стабильно во всех положениях коллектора — то якорь, скорее всего живой. При замыкании даже соседних ламелей коллектора между собой светодиод начинает постоянно гореть, показывая замыкание. Реально убитых якорей у меня под рукой не было. Так, что результат, скорее всего весьма вероятный. Что связано с особенностями обмотки якоря.

При проверке трансформаторов прибор подключался к наиболее высоковольтной обмотке. Далее действия как при проверке статоров. При замыкании какой либо обмотки прибор показывает КЗ — светодиод горит постоянно. Аналогично проверялись и дросселя.

При проверке p-n переходов (+ к аноду – к катоду) индикатор показывает следующее:
— Светодиод горит вне зависимости от положения регуляторов: p-n переход пробит.
— Светодиод не горит вне зависимости от положения регуляторов: p-n переход перегорел.
— Светодиод мигает — p-n переход рабочий.

Если возникнет необходимость проверки часто попадающихся изделий, то благодаря удачно получившимся шкалам регуляторов можно будет составить удобную шпаргалку в виде таблицы. Отпадает необходимость иметь под рукой сравнительный образец. В общем, для использования в домашних условиях данный приборчик может оказаться достаточно полезным. Дальше время покажет.

Если что-то в описании упущено, надеюсь, эти нюансы можно рассмотреть на представленных фото. Заранее прошу прощения за возможные ошибки и опечатки.

Если нужна дополнительная информация, пишите на почту, постараюсь обязательно ответить. Отзывы, идеи, предложения по улучшению конструкции и комментарии очень приветствуются.

Декабрь 2019г.
Станислав Шурупкин.
Email: [email protected]

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Как использовать измерительные приборы для измерения индуктивности

Любое проводящее тело имеет определенную конечную индуктивность. Эта индуктивность является внутренним свойством проводящего тела и всегда одинакова, независимо от того, находится ли этот проводник или устройство под напряжением в электрической цепи или находится на полке на складе.

Индуктивность сегмента прямого провода можно значительно увеличить, намотав его в виде спиральной катушки, после чего магнитные поля, установленные вокруг соседних витков, объединяются, чтобы создать единое более сильное магнитное поле.Индуктивность катушки зависит от квадрата количества витков.

Индуктивность катушки также значительно увеличивается, если катушка построена вокруг сердечника, который состоит из материала, имеющего высокую проницаемость для магнитного потока. (Поток — это произведение среднего магнитного поля на перпендикулярную площадь, которую оно пересекает. Поток в магнитной цепи аналогичен току в электрической цепи.) Это ситуация с силовыми трансформаторами, принадлежащими коммунальным предприятиям, и другими катушками, предназначенными для работы при 50 или 60 Гц.Индуктивные эффекты более выражены на более высоких частотах, поэтому для ВЧ-индуктора обычно достаточно воздушного сердечника.

Одним из определяющих качеств катушки является то, что при снятии приложенного напряжения, прерывая ток, магнитное поле схлопывается, и электрическая энергия, ранее использовавшаяся для создания магнитного поля, внезапно возвращается в цепь. Это просто проявление того факта, что магнитное поле и проводник, движущиеся относительно друг друга, вызывают в проводнике ток.

Скорость изменения тока в катушке индуктивности пропорциональна приложенному к ней напряжению, как определено известным уравнением:

В = L dI / dt

Где L — индуктивность в генри, V — напряжение, I — ток, а t — время. Подобно конденсатору и в отличие от резистора, сопротивление катушки индуктивности зависит от частоты. Импеданс — это векторная сумма сопротивления (когда и если в цепи есть резистор или эквивалент) и индуктивного или емкостного реактивного сопротивления. В конденсаторе более высокая частота означает меньшее емкостное реактивное сопротивление.В катушке индуктивности более высокая частота соответствует более высокому индуктивному сопротивлению. Катушка не препятствует прохождению постоянного тока, за исключением следующих случаев:
• Небольшое сопротивление из-за допустимой нагрузки провода
• Мгновенное индуктивное сопротивление при первом включении катушки из-за работы, необходимой для установления магнитного поля . (Во время нарастания постоянный ток по существу является переменным.)
Уравнение емкостного реактивного сопротивления:

X _С = 1 / 2πfC

Где X _C = емкостное реактивное сопротивление в Ом; f = частота в герцах; C = емкость

Уравнение индуктивного сопротивления:

X _L = 2πfL

Где X _L = индуктивное реактивное сопротивление в Ом; f = частота в герцах; L = индуктивность

Эти уравнения обладают поразительной симметрией.Одно является зеркальным отображением другого, разница заключается в роли частоты. В емкостном реактивном сопротивлении f находится в знаменателе, а в индуктивном реактивном сопротивлении — в числителе. Емкостное и индуктивное реактивное сопротивление, а также общий импеданс выражаются в омах, как и в сопротивлении постоянному току, и полностью соответствуют закону Ома, при том понимании, что эти свойства меняются в зависимости от частоты.

Мультиметры высшего класса часто имеют емкостной режим. Чтобы провести это измерение, просто исследуйте провода исследуемого устройства.В интересах безопасности и точности может потребоваться разрядка устройства с высокой емкостью, такого как электролитический конденсатор, с использованием разумного сопротивления в течение соответствующего периода времени. Шунтирование его отверткой не является хорошей практикой, потому что электролит может быть проколот из-за сильного тока, не говоря уже о вспышке дуги в больших единицах. После разряда проверьте, проверив напряжение.

Конденсаторы, измеренные с помощью мультиметра в режиме измерения емкости, могут показывать низкие значения на целых 10%.Этой точности достаточно для многих приложений, таких как пусковая цепь для электродвигателя или для фильтрации источника питания. Более высокая точность достигается при динамическом испытании. Одна из стратегий прецизионных измерений состоит в создании схемы, преобразующей емкость в частоту, которую затем можно определить с помощью счетчика.

Для измерения индуктивности устройства, внутренней индуктивности цепи или более распространенной распределенной индуктивности лучше всего подходит измеритель LCR.Он подвергает тестируемое устройство (надлежащим образом разряженное и изолированное от любых внешних цепей, которые могли бы возбудить его или создать несущественный параллельный импеданс) переменным напряжением известной частоты, обычно равным среднеквадратичному напряжению в один вольт на частоте одного килогерца. Измеритель одновременно измеряет напряжение на устройстве и ток через него. Из отношения этих величин алгебраически вычисляется импеданс.

Затем современные измерители измеряют фазовый угол между приложенным напряжением и результирующим током.Они используют эту информацию для отображения эквивалентной емкости, индуктивности и сопротивления рассматриваемого устройства. Измеритель работает в предположении, что обнаруживаемые им емкость и индуктивность существуют в параллельной или последовательной конфигурации.

Конденсаторы

имеют некоторую непредусмотренную индуктивность и сопротивление из-за их выводов и пластин. Точно так же у катушек индуктивности есть некоторое сопротивление из-за их выводов, и у них есть определенная емкость, потому что их выводы приравниваются к пластинам.Точно так же резисторы, как и полупроводники на высоких частотах, приобретают емкостные и индуктивные свойства.

Как правило, измеритель предполагает, что подразумеваемые устройства подключены последовательно, когда он выполняет измерения LR. Точно так же предполагается, что они параллельны, когда проводятся измерения CR, из-за последовательной геометрии катушки и параллельной геометрии конденсатора.

Многие измерители LCR подают выходной сигнал источника сигнала через резистор истока на неизвестное устройство Z _X и резистор диапазона R _r .Усилитель заставляет тот же ток, который течет через неизвестное устройство, течет через R _r , приводя соединение неизвестного устройства и R _r к 0 В. Напряжения V ₁ и V ₂ через неизвестное устройство и R _r соответственно подключены к селекторному переключателю. Выход переключателя подключен к дифференциальному усилителю. Действительная и мнимая составляющие сигналов напряжения и тока получаются путем умножения этих напряжений на прямоугольную волну, когерентную со стимулом (в фазовом детекторе).Это дает выходной сигнал, пропорциональный синфазной или квадратурной составляющей напряжения. Выходной сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь с двумя характеристиками, который считывает MCU. Комплексное отношение напряжения к току равно комплексному импедансу. Другие параметры, такие как L и C, вычисляются математически из скорректированного значения импеданса.

Как портативные, так и настольные измерители LCR в более продвинутых моделях позволяют пользователю выбирать частоту подаваемого переменного напряжения. Обоснование заключается в том, что тестируемый индуктор или конденсатор будет реагировать более характерным образом в пределах дискретной полосы частот.

Настольные измерители LCR

также обычно имеют четырехпроводную схему (Кельвина), которая значительно повышает стабильность и точность измерений с низким импедансом, когда контакт наконечника пробника может нарушить показания.

Индуктивность, емкость или сопротивление можно измерить с помощью мостовой схемы. Для этого измерения переменные калиброванные элементы обнуляются на детекторе, в отличие от измерения фазового угла, как в обычном измерителе LCR.

Когда измеритель LCR недоступен, существуют различные методы измерения индуктивности с помощью осциллографа.Один из методов измерения индуктивности в зависимости от наклона вольт-амперной характеристики включает подключение катушки индуктивности к импульсному источнику напряжения с рабочим циклом менее 50%. С помощью токового пробника осциллографа считайте пиковый ток в амперах и время между импульсами в микросекундах. Умножьте эти суммы и разделите произведение на пиковый ток. Это величина индуктивности тестируемого устройства.

Другой метод измерения индуктивности с помощью осциллографа заключается в последовательном подключении резистора известного номинала к проверяемой катушке индуктивности и подаче сигнала.Частота регулируется таким образом, чтобы на обоих устройствах было одинаковое напряжение.

Третий метод определения индуктивности устройства состоит в размещении катушки индуктивности параллельно с известной емкостью. Результирующий контур резервуара затем включается последовательно с резистором, и резонансная частота определяется с помощью осциллографа. Исходя из этого, можно рассчитать индуктивность.

Эти методы, хотя и являются жизнеспособными, требуют некоторых схемотехнических работ и обширных вычислений, в то время как измеритель LCR обеспечивает прямое считывание с достаточной точностью для большинства приложений.

.

Как измерить значение индуктора или конденсатора с помощью осциллографа — метод резонансной частоты

Резисторы, индукторы и конденсаторы являются наиболее часто используемыми пассивными компонентами почти во всех электронных схемах. Из этих трех номиналы резисторов и конденсаторов обычно указываются сверху либо в виде цветового кода резистора, либо в виде числовой маркировки. Также сопротивление и емкость можно измерить с помощью обычного мультиметра. Но большинство индукторов, особенно с ферритовым и воздушным сердечником, почему-то не имеют какой-либо маркировки.Это становится довольно раздражающим, когда вам нужно выбрать правильное значение индуктора для вашей схемы или вы спасли его от старой электронной печатной платы и захотели узнать его стоимость.

Прямым решением этой проблемы является использование измерителя LCR, который может измерять значение катушки индуктивности, конденсатора или резистора и отображать его напрямую. Но не у всех есть измеритель LCR под рукой, поэтому в этой статье мы научимся использовать осциллограф для измерения значения индуктивности или конденсатора , используя простую схему и несложные вычисления.Конечно, если вам нужен более быстрый и надежный способ сделать это, вы также можете создать свой собственный LC-метр, который использует ту же технику вместе с дополнительным MCU для считывания отображаемого значения.

Необходимые материалы

• Осциллограф
• Генератор сигналов или простой ШИМ-сигнал от Arduino или другого MCU
• Диод
• Известный конденсатор (0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1 мкФ)
• Резистор (560 Ом)
• Калькулятор

Чтобы измерить значение неизвестной катушки индуктивности или конденсатора, нам нужно построить простую схему, называемую цепью резервуара.Эту схему также можно назвать схемой LC, резонансной схемой или настроенной схемой . Цепь резервуара — это цепь, в которой индуктор и конденсатор будут подключены параллельно друг другу, и когда цепь запитана, напряжение и ток на ней будут резонировать на частоте, называемой резонансной частотой. Прежде чем двигаться дальше, давайте разберемся, как это происходит.

Как работает контур резервуара?

Как уже говорилось ранее, типичная баковая цепь просто состоит из параллельно соединенных индуктора и конденсатора.Конденсатор — это устройство, состоящее всего из двух параллельных пластин, которое способно накапливать энергию в электрическом поле, а индуктор — это катушка, намотанная на магнитный материал, который также способен накапливать энергию в магнитном поле.

Когда схема запитана, конденсатор заряжается, а затем, когда питание отключается, конденсатор отдает свою энергию в катушку индуктивности. К тому времени, когда конденсатор истощает свою энергию в катушке индуктивности, катушка индуктивности заряжается и будет использовать свою энергию, чтобы протолкнуть ток обратно в конденсатор с противоположной полярностью, чтобы конденсатор снова зарядился.Помните, что катушки индуктивности и конденсаторы меняют полярность при зарядке и разрядке. Таким образом, напряжение и ток будут колебаться взад и вперед, создавая резонанс, как показано на изображении GIF выше.

Но это не может произойти вечно, потому что каждый раз, когда конденсатор или катушка индуктивности заряжается и разряжается, некоторая энергия (напряжение) теряется из-за сопротивления провода или в виде магнитной энергии, и постепенно величина резонансной частоты будет исчезать, как показано на ниже формы волны.

Как только мы получим этот сигнал на нашем прицеле, мы можем измерить частоту этого сигнала, которая представляет собой не что иное, как резонансную частоту , тогда мы можем использовать приведенные ниже формулы для расчета значения индуктора или конденсатора.

  FR = 1 / / 2π √LC 
 

В приведенных выше формулах F _R — это резонансная частота, а затем, если мы знаем значение конденсатора, мы можем вычислить значение индуктора, и аналогично мы знаем значение индуктивности, мы можем вычислить значение конденсатора.

Установка для измерения индуктивности и емкости

Довольно теории, теперь давайте построим схему на макете. Здесь у меня есть индуктор, значение которого я должен узнать, используя известное значение индуктивности. Схема, которую я использую здесь, показана ниже

.

Конденсатор C1 и индуктор L1 образуют цепь резервуара, диод D1 используется для предотвращения попадания тока обратно в источник сигнала ШИМ, а резистор 560 Ом используется для ограничения тока через цепь.Здесь я использовал свой Arduino для генерации сигнала ШИМ с переменной частотой, вы можете использовать генератор функций, если он у вас есть, или просто использовать любой сигнал ШИМ. Прицел подключается через контур резервуара. Моя аппаратная установка выглядела как ниже , когда цепь была завершена. Вы также можете увидеть мой неизвестный индуктор с горячим сердечником здесь

Теперь включите схему, используя сигнал ШИМ, и проверьте наличие резонансного сигнала на осциллографе.Вы можете попробовать изменить значение конденсатора, если вы не получаете четкого сигнала резонансной частоты, конденсатор обычно 0,1 мкФ должен работать для большинства катушек индуктивности , но вы также можете попробовать с более низкими значениями, такими как 0,01 мкФ. Как только вы получите резонансную частоту, она должна выглядеть примерно так.

Как измерить частоту резонанса с помощью осциллографа?

Для некоторых людей кривая будет выглядеть так, для других вам, возможно, придется немного подправить.Убедитесь, что зонд осциллографа установлен на 10x, так как нам нужен развязывающий конденсатор. Также установите временное деление на 20 мкс или меньше, а затем уменьшите величину до менее 1 В. Теперь попробуйте увеличить частоту сигнала ШИМ, если у вас нет генератора сигналов, попробуйте уменьшить значение конденсатора, пока не заметите резонансную частоту. Как только вы получите резонансную частоту, включите осциллограф в одну последовательность. режим, чтобы получить четкую форму волны, подобную показанной выше.

После получения сигнала мы должны измерить частоту этого сигнала .Как вы можете видеть, величина сигнала уменьшается по мере увеличения времени, поэтому мы можем выбрать любой полный цикл сигнала. У некоторых осциллографов может быть режим измерения, чтобы делать то же самое, но здесь я покажу вам, как использовать курсор. Поместите первую строку курсора в начало синусоидальной волны, а второй курсор — в конец синусоиды, как показано ниже, для измерения периода частоты. В моем случае период времени был выделен на рисунке ниже . Моя область видимости также отображает частоту, но для целей обучения просто учитывайте период времени, вы также можете использовать линии графика и значение деления времени, чтобы найти период времени, если ваша область не отображает его.

Мы измерили только период времени сигнала, чтобы узнать частоту , мы можем просто использовать формулы

  Ф = 1 / Т  

Таким образом, в нашем случае значение периода времени составляет 29,5 мкс, что составляет 29,5 × 10 ^-6 . Таким образом, значение частоты будет

.

  F = 1 / (29,5 × 10 -6 ) = 33,8 кГц  

Теперь у нас есть резонансная частота 33.8 × 10 ³ Гц и емкость конденсатора 0,1 мкФ, что составляет 0,1 × 10 ^-6 Ф, подставляя все это в формулы, получаем

  FR = 1 / 2π √LC 
  33,8 × 10  3  = 1 / 2π √L (0,1 x 10 -6 )  

Решая для L, получаем

  L = (1 / (2π x 33,8 x 10  3 )  2  / 0,1 × 10 -6  
  = 2,219 × 10 -4  
  = 221 × 10 -6  

  L ~ = 220 мкГн  

Таким образом, значение неизвестной индуктивности рассчитано как 220 мкГн, аналогично вы также можете рассчитать значение емкости конденсатора, используя известную индуктивность. Я также пробовал это с несколькими другими известными значениями индуктивности, и, похоже, они работают нормально. Вы также можете найти полную работу в видео, прикрепленном ниже .

Надеюсь, вы поняли статью и узнали что-то новое. Если у вас возникли проблемы с тем, чтобы это работало для вас, оставьте свои вопросы в разделе комментариев или воспользуйтесь форумом для получения дополнительной технической помощи.

.